Морська зірка Patiria pectinifera допоможе у боротьбі з алергією та раком
Головний спонсор конкурсу - далекоглядна компанія Генотек. Конкурс підтриманий ВАТ «РВК».
Ця робота представлена на конкурс науково-популярних статей «біо/мол/текст»-2014 у номінації «Своя робота».
Спонсором номінації "Біоінформатика" є Інститут біоінформатики. Спонсором призу симпатій глядачів виступила фірма Helicon. Свій приз вручає Фонд підтримки передових біотехнологій.
В даний час каротиноїди широко застосовують як природні біологічно активні добавки (БАД). Багато дослідників виявляють інтерес до астаксантину (АК) -пігменту, знайденому в тканинах різних морських тварин і водоростей. Завдяки своїй унікальній структурі він отримав звання короля каротиноїдів. Молекула АК має подовжену форму з полярними структурами на двох кінцях та неполярною зоною посередині. Така амфіфільна конструкція молекули АК створює умови для її орієнтації в полярно-неполярно-полярному середовищі клітинної мембрани, а присутність додаткових кетогруп з обох кінців молекули надає АК антиоксидантну активність. В результаті цей каротиноїд здатний стабілізувати клітинну мембрану, розташовуючись трансмембранно та захищаючи клітину одночасно і зовні, і зсередини, а також чинити антиоксидантну дію.
Було проведено безліч клінічних досліджень, що підтверджують позитивний вплив АК на організм людини. У Групі вивчення біологічно активних речовин Тихоокеанського інституту біоорганічної хімії ДВО РАН (м. Владивосток) ми використовували АК у складі препарату суміші каротиноїдів (СК), виділеної з морської зірки Patiria pectinifera, яку ми щоліта бачимо на морському узбережжі, оскільки вона повсюдно у морській прибережній зоні Далекого Сходу України. У цю суміш входятькаротиноїди підкласу ксантофілів (АК, лютеїн, зеаксантин; їх структурні формули представлені на великому малюнку). Наша мета полягає в тому, щоб розширити сферу застосування АК в медицині та дослідити терапевтичні властивості СК у лікуванні алергічних та онкологічних захворювань.
Протиалергічна активність СК
Наша імунна система часто підносить нам неприємні «сюрпризи» у вигляді шкірних алергічних реакцій, які виникають внаслідок надто гострої та неадекватної реакції цієї системи на будь-які зовнішні фактори. Для оцінки терапевтичного впливу СК при шкірних алергічних захворюваннях ми вибрали модель алергічного контактного дерматиту. Як алерген ми використовували 2,4-динітрофторбензол, який наносили на зовнішню і внутрішню сторони вуха експериментальних тварин [1]. СК застосовували у складі 1%-мазей на основі ланолін-вазеліну.
Алергічний контактний дерматит (АКД) – класична форма реакції гіперчутливості уповільненого типу (ГТЗ), що виникає після безпосереднього контакту алергену зі шкірою. Алергенами можуть бути метали у складі прикрас, хімічні речовини у лікарських препаратах, компонентах косметики, засобах побутової хімії, синтетичних тканинах, які легко проникають у клітини шкіри, викликаючи алергічну реакцію. При такому типі алергії імунне запалення тканин організує субпопуляція Th-1 лімфоцитів, які диференціюються з CD4+ Т-клітин після контакту з алергеном, а клітинами-виконавцями є активовані макрофаги. Розвиток же ГЗТ залежить від цілого ряду цитокінів — білків, що беруть участь у запальних процесах при подібних захворюваннях, які виробляються активованими Тh-1 лімфоцитами та макрофагами, а також клітинами епідермісу та дерми, що знаходяться вураженому ділянці [2].
Щоб вивчити вплив СК протягом запального процесу при АКД, ми, використовуючи метод імуноферментного аналізу, виміряли у сироватці крові рівень основних прозапальних цитокінів, тобто. речовин, що підсилюють запальні реакції, а також протизапальних цитокінів, що пригнічують цитотоксичну відповідь організму.
На рис. 1 представлений цитокіновий спектр сироватки крові експериментальних груп тварин. При розвитку АКД майже в півтора рази підвищується рівень головних прозапальних цитокінів: гранулоцитарно-макрофагального колонієстимулюючого фактора (GM-CSF); фактора некрозу пухлини (TNF), інтерлейкіну-2 (IL-2). Застосування СК сприяло зниженню їхнього рівня в сироватці крові ефективніше за комерційний протизапальний препарат «Фуцидин», обраний як позитивний контроль. Слід зазначити, що у групі, пролікованої СК, було виявлено різке збільшення вмісту IL-10 та IL-4. IL-10 - найважливіший регулятор імунної відповіді, що зменшує активність макрофагів та Th1-клітин. IL-4 сам по собі вважається прозапальним цитокіном, але при ГТЗ він, поряд з IL-10, проявляє себе як протизапальний агент. Зазначений факт може свідчити про імуномодулюючу активність компонентів СК, що дуже важливо для лікування алергії.
Малюнок 1. Цитокіновий спектр сироватки крові. Інтактні – здорові миші, контроль (−) – миші з АКД без лікування, контроль (+) – комерційний препарат фуцидин. По осі ординат – концентрація цитокінів у сироватці крові, мг/л.
Формування вогнища імунного запалення в ураженому алергеном ділянці обумовлюються: зростанням та розвитком імунних клітин під дією GM-CSF; проліферацією та активацією Т-клітин під дією IL-2; хемотаксисоммакрофагів та лімфоцитів у уражену зону під дією TNF за рахунок його здатності збільшувати просвіт кровоносних судин та продукцію молекул адгезії (переважно Е-селектину) клітинами ендотелію; а також збільшенням біосинтезу макрофагальних ферментів, що генерують радикали активних форм кисню та нітроксильного радикала, що вражають власні клітини організму [3]. Клінічно це проявляється у вигляді почервоніння, ущільнення ураженої ділянки, нерідко виникають вогнища некрозів.
За рівнем еритеми (почервоніння та ущільнення ділянки запалених тканин) ми оцінювали вплив СК на ступінь патологічного розвитку АКД. Результатом чотириденного лікування СК виявилося зниження площі еритеми вдвічі. При цьому в контрольній групі, лікованої фуцидином, еритема зменшилася менш ніж у півтора рази. Позитивний ефект СК може бути пов'язаний з тим, що ліпофільні компоненти, що входять до його складу, розчиняються в ліпідах і легко проникають всередину клітинних мембран, стабілізуючи, таким чином, їх структуру і регулюючи транспортні та біосинтетичні функції. АК у своїй відводиться особлива роль. Полярність і ліпофільність АК дозволяє йому виступати як скріплюючий мембрану матеріалу. Крім цього, АК, будучи одним із найпотужніших природних антиоксидантів, може захищати мембрани клітин шкіри від руйнування вільними радикалами при АКД [4, 5].
Є відомості, що СК має протизапальну дію завдяки здатності АК інгібувати активність ядерного фактора транскрипції NF-κB, який впливає на експресію різних генів, що беруть участь в імунологічній відповіді, у тому числі TNF, IL-2, молекул адгезії (наприклад, Е -Селектину), що грають, як уже було зазначено, важливу роль у патогенезі шкірних захворювань [6]. Свій внесок удію препарату СК вносять лютеїн і зеаксантин, що входять до його складу, вони також є антиоксидантами з протизапальними та фотозахисними властивостями.
Ефективність комбінованої протипухлинної терапії доксорубіцину з СК
Хто сьогодні не чув про онкологічні захворювання? Їх називають чумою XXI ст. Сучасні методи лікування та препарати не дають стовідсоткового позитивного результату, а крім того, найчастіше викликають тяжкі побічні ефекти. В даний час відомо багато цитостатиків, які застосовуються в хіміотерапії; один із найвідоміших таких препаратів — доксорубіцин. Однією з головних причин неефективності лікування подібними препаратами є розвиток резистентності пухлинних клітин до препарату та набуття здатності «ховатися від імунітету», поєднуючись зі здоровими клітинами (наприклад, тромбоцитами) і прикриваючись слабкими антитілами, а саме імуноглобулінами IgG4, не здатними спровокувати заважають нормальної опсонізації (обліплювання) пухлинних клітин нормальними IgG1. Під їх прикриттям пухлинні клітини обманюють імунітет і заважають нормальному перебігу імунної відповіді організму, спрямованої проти пухлинного процесу [7]. У такому стані пухлинним клітинам ніщо не заважає дочекатися сприятливішого моменту для відновлення проліферації та зростання.
Для оцінки протипухлинних властивостей доксорубіцину при його спільному введенні з СК ми використовували експериментальну асцитну модель аденокарциноми Ерліха. Цей варіант пухлини спочатку був отриманий шляхом трансплантації карциноми молочної залози, яка згодом втратила свою специфічність тканини і в даний час складається з недиференційованих клітин. При цій моделі ракові клітини, отримані з черевної порожнинимишей-пухлини, вводяться в черевну порожнину здорових мишей, у яких через тиждень спостерігається значний приріст пухлини по всій черевній порожнині.
На цій моделі ми з'ясували, що курс лікування доксорубіцином сприяв 100% пригніченню росту пухлини і виживання експериментальних мишей, проте на 20—30 добу зростання пухлини відновлювалося.
Малюнок 2. Середня тривалість життя експериментальних мишей-пухлинників у різних експериментальних групах.
Попередні експерименти щодо застосування доксорубіцину в комбінації з СК показали, що в поєднанні з СК доксорубіцин збільшує виживання експериментальних мишей приблизно вдвічі в порівнянні з групою, пролікованої просто доксорубіцином, а в порівнянні з нелікованими тваринами практично в 7 разів. На малюнку 2 показано, що всі миші-пухлини в групі, яка не отримувала ніякого лікування, загинули на 18 добу; у групі, що проходила курс лікування доксорубіцином із СК, середня тривалість життя становила в середньому 70–80 діб, а при лікуванні просто доксорубіцином – 30–45 діб.
Висновок
Очевидно, компоненти суміші каротиноїдів з морської зірки при алергічних шкірних захворюваннях ефективно захищають на молекулярному рівні активно функціонуючі клітини шкіри, насамперед, їх мембранні структури та макромолекули, від дестабілізуючої дії різноманітних шкідливих факторів фізичної, хімічної та біологічної природи, а також мають високу цитокін-стимулюючою активністю, що дозволяє їм відігравати роль імуномодуляторів. Тому можна припустити, що зовнішнє застосування препарату може покращувати стан усіх шарів шкіри.
Механізм дії СК при пухлинних процесах нам ще належить з'ясувати. Отриманірезультати відкривають перспективи для подальшого вивчення активності цього препарату при сумісному його застосуванні з відомими протипухлинними препаратами, що може підвищити ефективність протипухлинної дії та пом'якшити побічні ефекти.
* — А може й не підвищити. Читачеві варто мати на увазі, що численні дослідження, спрямовані на пошук протиракової активності різних біологічних речовин, часто повідомляють лише попередні відомості або говорять про ефекти, які насправді не можуть використовуватись у реальному клінічному лікуванні. - Ред.
Таким чином, активні компоненти, що входять до складу СК, здатні підвищувати опірність організму до широкого спектру шкідливих впливів фізичної, хімічної та біологічної природи.